Rattana/Grafiek
Jurassic Park is waarschijnlijk de ultieme Hollywood blockbuster. Naast de aantrekkingskracht van mensenetende dinosaurussen, spannende actiescènes en baanbrekende cinematografie, was de release in 1993 een mijlpaal op het gebied van films en wetenschap.
Terwijl het wereldwijde publiek genoot van de bloederige actie, kreeg de premisse van de film – het extraheren van DNA uit fossiele insecten bewaard in barnsteen om dinosaurussen te laten herrijzen – de geloofwaardigheid van publicatie door een aantal spraakmakende studies over fossiel barnsteen. De auteurs haalden oeroud DNA uit barnsteen en brachten zelfs bacteriën die in barnsteen zaten weer tot leven. De wereld leek klaar voor een echte Jurassic Park.
Maar sindsdien heeft de wetenschap vele wendingen genomen. Een toenemend aantal paleontologen rapporteert bewijs van DNA en eiwitten, die ook genetische informatie geven, in fossielen. Deze chemische sporen zouden ongekende inzichten kunnen geven in het leven en de evolutie in de oudheid. Maar zulke meldingen zijn de bron van voortdurende discussie en controverse onder wetenschappers. Onze recente studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Ecology and Evolution, biedt nieuw inzicht.
DNA uit de oudheid
DNA geeft in vergelijking met andere moleculen de meest gedetailleerde informatie over hoe nauw soorten aan elkaar verwant zijn. DNA is echter extreem kwetsbaar en vervalt snel nadat een organisme sterft.
Dat gezegd hebbende, kan DNA soms overleven in poolklimaten, omdat de vriestemperaturen het verval vertragen. Geologisch jong DNA (duizenden jaren oud) heeft daarom de potentie om uitgestorven dieren uit de laatste ijstijd tot het recente verleden weer tot leven te wekken.
Commerciële bedrijven zoals Pleistocene Park, Colossal en Revive & Restore werken aan projecten om de wolharige mammoet en de passagiersduif terug te brengen.
Er is een lange tijdspanne tussen deze mammoeten en de dinosauriërs, die 66 miljoen jaar geleden uitstierven. Er zijn echter aanwijzingen dat genetisch materiaal in fossielen zelfs op deze tijdschalen kan overleven.
Er zijn bijvoorbeeld fossiele chromosomen – fragmenten DNA die kleiner zijn dan een cel – gevonden in planten van 180 miljoen jaar oud en in een dinosaurus van 75 miljoen jaar oud.
Wetenschappers hebben echter nog geen bewijs gevonden dat echt DNA tientallen miljoenen jaren kan overleven.
Eiwitten uit de oudheid
Eiwitten coderen ook informatie (in de vorm van aminozuursequenties) die licht kan werpen op de evolutionaire verbanden tussen soorten.
Wetenschappers geloven dat eiwitten langer kunnen overleven dan DNA. Onderzoekers hebben inderdaad veel voorbeelden gevonden van gefossiliseerde eiwitten, met name intacte aminozuursequenties van collageen (een eiwit dat voorkomt in bindweefsels), maar deze zijn hooguit een paar miljoen jaar oud.
Wetenschappers verwachten niet dat grote eiwitfragmenten net zo lang overleven als deze kleinere fragmenten. Dus werd de wetenschappelijke gemeenschap in 2007 opgeschrikt door de ontdekking van 68 miljoen jaar oude collageenfragmenten in een bot van een Tyrannosaurus rex.
Er volgde echter al snel controverse toen er bezorgdheid ontstond over de methodologie van het team, zoals de kans op besmetting en het gebrek aan strenge controles en onafhankelijke verificatie.
Vergelijkbare discussies zijn er rond recentere meldingen van afgebroken eiwitten en collageenvezels in fossielen van 130 miljoen jaar oud.
Een weg vooruit
Deze studies benadrukken de moeilijkheden van het werken met fossielen, vooral bij het gebruik van analysemethoden die misschien niet geschikt zijn voor gebruik op oude weefsels. Het bewijs voor overleving van fossiele eiwitresten is echter overtuigend gebleken.
Deze studies stimuleren ook andere onderzoekers om nieuwe methoden en analytische benaderingen te onderzoeken die misschien beter geschikt zijn voor gebruik met fossielen.
Ons nieuwe onderzoek verkent zo’n benadering, waarbij een gerichte lichtbundel plus röntgenstraling wordt gebruikt om monsters van oude veren te bestralen. Deze technieken onthullen welke chemische bindingen aanwezig zijn, wat informatie oplevert over de structuur van eiwitten. Dit helpt ons weer om sporen van eiwitten in fossiele veren te detecteren.
Onze analyses van de 125 miljoen jaar oude gevederde dinosaurus Sinornithosaurus onthulden overvloedig geribbelde eiwitstructuren, die overeenkomen met een eiwit genaamd bèta-keratine, dat veel voorkomt in moderne veren. Spiraalvormige eiwitstructuren (die wijzen op een ander eiwit genaamd alfa-keratine) waren slechts in kleine hoeveelheden aanwezig.
Toen we het proces van fossilisatie in laboratoriumexperimenten simuleerden, ontdekten we dat geribbelde eiwitstructuren zich bij verhitting ontrafelden en spiraalvormige structuren vormden.
Deze bevindingen suggereren dat antieke veren qua chemie opmerkelijk veel leken op hedendaagse veren. Het suggereert ook dat spiraalvormige eiwitstructuren in fossielen waarschijnlijk artefacten zijn van het fossilisatieproces.
Maar uiteindelijk suggereren onze bevindingen dat sporen van eiwitten honderden miljoenen jaren overleven.
Real-life Jurassic Park – wetenschappelijk feit of fictie?
Tegenwoordig kunnen paleontologen fossielen testen op bewijzen van oude moleculen met behulp van een arsenaal aan technieken die 30 jaar geleden nog niet beschikbaar waren. Dit heeft ons in staat gesteld om fragmenten van moleculen te identificeren in fossiele dieren die tientallen tot honderden miljoenen jaren oud zijn.
Wetenschappers hebben hemoglobine, een eiwit in rode bloedcellen, ontdekt in 50 miljoen jaar oude insecten en melaninepigmenten in de inktzakken van 200 miljoen jaar oude inktvissen.
Maar uiteindelijk hebben we intact DNA nodig om soorten te laten herrijzen. Dus hoewel wetenschappers veel vooruitgang hebben geboekt, blijft het vooruitzicht in het rijk van science fiction. Alle gegevens van fossielen en experimenten tot nu toe suggereren dat het simpelweg onwaarschijnlijk is dat DNA tientallen miljoenen jaren kan overleven.
Zelfs als wetenschappers DNA-fragmenten in dinosaurusfossielen zouden vinden, zouden deze waarschijnlijk erg kort zijn. Het is onwaarschijnlijk dat korte stukjes DNA ons bruikbare informatie kunnen geven over een soort. En we beschikken nog niet over de technologie om zulke zeldzame DNA-fragmenten te valideren als origineel in plaats van willekeurige combinaties van aminozuren, gegenereerd tijdens de fossilisatie.
Betere laboratoriumprotocollen en fossilisatie-experimenten helpen ons om nauwkeurigere interpretaties van fossielen te maken. Dit maakt de weg vrij voor rigoureuzere studies van oude moleculen.
In de toekomst kunnen deze studies een uitdaging vormen voor wat we denken te weten over hoe lang moleculen kunnen overleven en zelfs ons begrip van de evolutie van het leven op aarde opnieuw vormgeven.
Tiffany Shea Slater ontvangt financiering van de European Research Council en de Irish Research Council.
Maria McNamara ontvangt financiële steun van de European Research Council en Science Foundation Ireland.
